高層建筑結(jié)構(gòu)外邊梁的單側(cè)加固技術(shù)

蘇州中固建筑科技有限公司 蘇州 215152

0 引言

改革開放30多年以來，我國的建筑業(yè)經(jīng)歷了一段高速發(fā)展的時期，現(xiàn)階段我國城市中的一部分建筑結(jié)構(gòu)已相繼步入其合理使用壽命的更年期?，F(xiàn)階段主要通過結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)來保證其正常使用時的結(jié)構(gòu)安全性及滿足業(yè)主更新其使用功能的要求。其中，在經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的原則下，在現(xiàn)行的加固施工方法框架下，選取合適的施工工法及工程材料對加固工程施工的順利進(jìn)行尤為關(guān)鍵。

1 加固原理

相對于低層結(jié)構(gòu)而言，高層結(jié)構(gòu)在地震中更容易被破壞，且倒塌的后果更加嚴(yán)重，所以進(jìn)行加固是為了提高結(jié)構(gòu)的安全度，保證結(jié)構(gòu)在地震作用下具有一定的可靠度。通過加固可以使得結(jié)構(gòu)具有較大的承載力，對外邊梁的加固可以避免出現(xiàn)局部形成薄弱環(huán)節(jié)而影響整體結(jié)構(gòu)的施工。同時，也可以作為安全儲備來防止因其他部位結(jié)構(gòu)失效而喪失整體結(jié)構(gòu)作用能力[1-2]。

2 結(jié)構(gòu)外邊梁加固的具體方法與問題

現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)外邊梁的加固方法主要有：增大截面加固法、外包型鋼加固法、粘鋼加固法、粘貼碳纖維布加固法。

假如采用現(xiàn)行施工方法（增大截面法、外包鋼加固法等）對其結(jié)構(gòu)外邊梁進(jìn)行加固，在設(shè)計與施工過程中發(fā)現(xiàn)主要問題有：

1）經(jīng)濟(jì)上不可行。假設(shè)本工程采用現(xiàn)行加固施工方法加固混凝土外邊梁，則需要拆除外立面既有結(jié)構(gòu)后才有加固外邊梁的施工作業(yè)面，幕墻、保溫層等結(jié)構(gòu)拆除后已無太大再利用價值，在加固施工完成后還需再進(jìn)行外墻結(jié)構(gòu)的恢復(fù)施工。這樣將增加業(yè)主的無效費(fèi)用支出，對業(yè)主方來說是難以接受的。

2）施工安全風(fēng)險較大。按現(xiàn)行加固施工方法施工，外邊梁在加固施工作業(yè)過程中，工人需要進(jìn)行高空臨邊作業(yè)，在原外立面幕墻等結(jié)構(gòu)拆除后，既增大了工人作業(yè)的危險系數(shù)，同時也會危害到建筑周邊的物體和行人，增加施工方的管理成本和施工難度。

3）工期較長。通過前期論證，假如按照現(xiàn)行施工方法拆除原外立面結(jié)構(gòu)后再加固外邊梁，最后再恢復(fù)外立面的話，則至少增加2倍的施工工期。

3 案例分析

3.1 工程概況

蘇州澄陽國際科技創(chuàng)業(yè)園位于蘇州市相城區(qū)澄陽路，由5幢綜合商業(yè)樓組成。主要由1#樓、2#樓、3#樓3幢單體組成，1#樓為地下1層、地上20層結(jié)構(gòu)；裙房部分為5層；3#樓為地下1層、地上7層結(jié)構(gòu)；2#樓為地下2層、地上7層結(jié)構(gòu)；1#樓與3#樓地下室部分為一個整體；2#樓地下室為單獨(dú)地下室。本次涉及的改造加固內(nèi)容為部分樓板無損切割開洞、新增結(jié)構(gòu)梁、洞口植筋封板、柱外包鋼加固、板粘貼碳纖維布加固等。

本文從改造加固行業(yè)的實(shí)際問題出發(fā)，對其中涉及結(jié)構(gòu)外邊梁加固的相關(guān)問題進(jìn)行探討。

3.2 結(jié)構(gòu)外邊梁加固實(shí)際面臨的問題與解決措施

3.2.1 實(shí)際面臨的問題

本工程由于業(yè)主對使用功能要求的改變，經(jīng)過原設(shè)計單位驗算結(jié)果得知，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理，其中牽涉到部分結(jié)構(gòu)外邊梁的加固（圖1）。

圖1 需加固的外邊梁及其構(gòu)造示意

3.2.2 解決措施

通過前期的分析論證，顯然按現(xiàn)行施工方法加固邊梁對于業(yè)主和施工方來說都是不利的，現(xiàn)經(jīng)研究，項目部創(chuàng)造性地提出一個新型加固高層建筑外邊梁的施工方法。該方法不用破壞外立面，通過在原結(jié)構(gòu)梁內(nèi)側(cè)安裝型鋼梁（槽鋼），使其與混凝土梁緊密結(jié)合，達(dá)到共同受力的目的，從而使原結(jié)構(gòu)梁承載力大幅度提高。經(jīng)理論計算，混凝土梁與鋼梁同步變形、共同受力[3-4]。

3.3 實(shí)際加固施工工藝

3.3.1 施工流程

混凝土邊梁單側(cè)表面裂縫處理→放線、驗線→打螺栓孔→邊梁單側(cè)基面處理→型鋼梁下料及鉆螺栓孔→型鋼梁除銹→種植錨固螺栓→安裝型鋼梁→上緊化學(xué)螺栓→封邊注膠→常溫固化→型鋼防腐處理

3.3.2 主要材料要求

灌注膠必須使用常溫固化的雙組分樹脂型灌漿液，封口采用環(huán)氧膠泥。在材料到場后應(yīng)檢查力學(xué)檢測報告、抗沖擊剝離韌性檢測報告、耐老化性能檢測報告、無毒無害性能檢測報告、產(chǎn)品出廠合格證。

在施工之前，必須對化學(xué)螺栓作材料力學(xué)性能試驗，經(jīng)試驗合格后，方可現(xiàn)場使用。安裝完成后還需要做拉拔試驗，合格后方可進(jìn)入下道工序。

采用的型鋼鋼梁通過計算既可以采用現(xiàn)有市場標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的槽鋼，也可以自制（需經(jīng)過試驗合格后方可投入使用）。

3.4 主要施工流程

3.4.1 處理混凝土邊梁的表面裂縫

對于結(jié)構(gòu)邊梁內(nèi)側(cè)面上較細(xì)的裂縫，先用鋼絲刷清理裂縫表面的灰塵、浮渣等污物，然后沿裂縫兩側(cè)2～3 cm用酒精擦凈。

對于結(jié)構(gòu)邊梁內(nèi)側(cè)面上較寬的裂縫，沿裂縫用風(fēng)鎬鑿成“V”形槽，槽寬與槽深在有利于封縫的原則下自行確定，鑿?fù)旰笄謇砀蓛簟?/p>

3.4.2 放線、驗線

1）依據(jù)圖紙要求在結(jié)構(gòu)邊梁內(nèi)側(cè)表面放出型鋼梁位置線及通螺栓鉆孔點(diǎn)位線。

2）由現(xiàn)場復(fù)檢員復(fù)檢放線無誤后，開始施工。

3.4.3 打螺栓孔

1）現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，然后按照交底內(nèi)容用電錘進(jìn)行鉆孔施工，螺栓孔應(yīng)垂直于結(jié)構(gòu)邊梁側(cè)表面。

2）鉆孔施工完成后，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人檢查成孔直徑（鉆孔直徑要比化學(xué)螺栓標(biāo)稱直徑大2 mm）。

塊莖入窖后，在窖溫降低時應(yīng)在薯堆頂部覆蓋一層干草或舊麻袋片等，使之吸濕，散發(fā)水分，固塊莖貯藏期間堆內(nèi)塊莖呼吸散發(fā)的水分常凝結(jié)在上層塊莖上，即所謂出汗。加覆蓋物吸濕散發(fā)水分，可防止上層塊莖霉?fàn)€。

3）用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面浮塵及通螺栓孔洞內(nèi)的灰塵吹掉。

4）用丙酮擦拭打磨后的混凝土表面及孔洞內(nèi)部2遍，確保混凝土表面及孔洞內(nèi)部清潔。

3.4.4 外邊梁單側(cè)基面處理

1）清理型鋼結(jié)合處的混凝土區(qū)域，去除油污等異物，用角磨機(jī)打磨混凝土表面，除去混凝土表面的松散組織，保證混凝土結(jié)合面堅實(shí)。

2）將混凝土表面浮塵處理干凈，并用丙酮擦拭打磨后的混凝土表面，確?；炷帘砻媲鍧?。

3.4.5 型鋼梁下料及鉆螺栓孔

1）由技術(shù)員及焊工根據(jù)圖紙要求及施工現(xiàn)場工作面尺寸下型鋼料。為減少現(xiàn)場下料工作，型鋼梁最好能在加工廠完成斷料。

2）根據(jù)邊梁上螺栓孔的分布，在鋼板相應(yīng)位置用臺鉆鉆孔，嚴(yán)禁使用氣割擴(kuò)孔。

3）假如需焊接型鋼接長，應(yīng)在型鋼安裝前完成，嚴(yán)禁安裝后再進(jìn)行焊接。

3.4.6 型鋼梁除銹

1）型鋼梁結(jié)合面使用前用平砂輪打磨除銹，要求應(yīng)有金屬光澤。打磨時注意使鋼板的打磨紋路與型鋼受力方向垂直，并保留一些粗糙度。

2）打磨工序完成后用丙酮擦拭至少2遍。

3）由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人檢查，確認(rèn)合格并報監(jiān)理驗收后方可進(jìn)行下一步工序。

3.4.7 種植化學(xué)螺栓

1）將化學(xué)螺栓的化學(xué)藥劑部分放進(jìn)鉆好的孔內(nèi)。

2）用沖擊鉆將螺栓打進(jìn)去，一般8 h后完全凝固。

3）養(yǎng)護(hù)。

3.4.8 安裝型鋼梁

安裝時通過在間隙處插入細(xì)鋼絲，保證型鋼梁與結(jié)構(gòu)邊梁內(nèi)側(cè)面有2～3 mm的空隙。

3.4.9 上緊錨固螺栓

型鋼梁安裝時，先調(diào)整好型鋼位置，使其橫平豎直，然后再上緊錨固螺栓。

3.4.10 封邊注膠

型鋼封邊前，在型鋼梁和結(jié)構(gòu)邊梁結(jié)合面兩端及中間每隔1 m插入長10 cm左右的塑料軟管，伸入結(jié)合面不超過2 cm。

型鋼梁封邊采用環(huán)氧膠泥，封口膠泥應(yīng)嵌入鋼板內(nèi)3～5 mm，封口應(yīng)密實(shí)。

本工程采用改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，此類材料使用前分為A、B兩個組分，使用前先分開倒入2個干凈的容器中并用工具攪勻，使用時按A∶B=4∶1比例稱量后一起倒入一個干凈的容器中混合攪拌并保證其顏色均勻，一次調(diào)配的量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需用量，不宜調(diào)配過多[5-6]。

本工程采用專用壓力罐配以空壓機(jī)進(jìn)行注膠，注膠前安排專人全數(shù)檢查封口膠泥是否干透，確保干透無誤后，方可進(jìn)行注膠。注膠時沿型鋼梁長度方向從左向右開始注入，注膠壓力控制在0.20 MPa左右，當(dāng)相鄰塑料軟管勻速出漿后，停止加壓，馬上對底部塑料軟管進(jìn)行封堵，再將注膠管接至相鄰塑料軟管繼續(xù)注膠，注膠壓力控制在0.30 MPa，直至頂部塑料軟管勻速溢出膠液后，停止加壓，并將其彎折扎牢。

另外，在進(jìn)行注膠的同時應(yīng)不斷用橡皮錘敲擊型鋼梁結(jié)合面，一方面可以排出結(jié)合面之間的空氣，另一方面工人還可以通過聲音檢查灌膠的密實(shí)度。最后一個排氣軟管應(yīng)在維持注膠壓力的條件下彎折封閉。

3.4.11 常溫固化及質(zhì)量檢查

1）拌和的建筑結(jié)構(gòu)膠基本固化時間約24 h，隨后即可受力；

2）固化后，先安排專人查看型鋼梁周邊有無漏膠情況，并檢查膠液的色澤。然后用手錘輕輕敲擊鋼板，通過聲響判斷注膠密實(shí)程度，如遇不密實(shí)區(qū)應(yīng)補(bǔ)鉆注膠孔進(jìn)行補(bǔ)注。

3.4.12 型鋼防腐處理

型鋼外露部分在涂漆前必須除銹，用丙酮擦去油污，并保持干燥。防銹涂料采用特防三涂，涂刷特防膠前，型鋼必須除銹，呈金屬光澤。用丙酮除去油污，進(jìn)行嚴(yán)格清潔處理后，才可進(jìn)行涂刷，后涂必須在前涂固化后才能進(jìn)行。

對于處在特殊環(huán)境，型鋼的防腐處理應(yīng)針對性采用特殊的防腐處理工藝。

4 方案優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

本新型施工方法相比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)梁加固方法，創(chuàng)新性地采用了單側(cè)加固的方法，在施工簡便、縮短工期、降低造價方面有了突破性的進(jìn)步，經(jīng)過后期預(yù)算對比，本工程光采用邊梁單側(cè)加固技術(shù)這一項就為業(yè)主節(jié)省了160多萬元人民幣。

本新型施工技術(shù)雖然具備以上優(yōu)點(diǎn)，但也有不足，此新型加固技術(shù)受制于所使用材料的特性，使用年限僅為30 a。為此，我們正研究如何通過一系列措施延長其使用壽命，如改用高品質(zhì)的膠水或在鋼結(jié)構(gòu)外面加裝保護(hù)層等[7-9]。

5 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)最大限度地利用既有建筑結(jié)構(gòu)，既能快速、有效地滿足使用者需求，又能較大限度地節(jié)約社會資源。從近年來網(wǎng)上加固改造項目的招投標(biāo)情況來看，社會上加固改造類的項目正逐年增多，因此研究加固改造施工技術(shù)極具社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。